L’elettrificazione dei trasporti è una priorità nei programmi di ricerca comunitari anche in relazione al piano europeo di ripresa economica.
Ovviamente, l’obbiettivo finale è quello di raggiungere l’interoperabilità dei sistemi di ricarica su tutto il territorio dell’Unione Europea.
Pertanto, le norme e le infrastrutture attualmente in fase di sviluppo devono affrontare tre elementi principali: la sicurezza, l’unificazione e le prestazioni.
In ambito internazionale, anche per ovvi interessi di mercato, esistono opinioni significativamente divergenti sull’opportunità di permettere la carica dei veicoli elettrici da prese di corrente non dedicate. In questo contesto il rapporto con le leggi e le norme nazionali costituisce una questione importante.
Nel seguito si farà riferimento alla normativa relativa alle infrastrutture per la mobilità elettrica sia per automobili sia per veicoli leggeri, quali scooter e motocicli. Veicoli di questo tipo sono infatti molto diffusi
nelle città italiane ed in previsione di un cambiamento di propulsione è importante che la struttura di carica sia adeguata alle specifiche esigenze.

SISTEMA DI RICARICA

Il sistema di carica dei veicoli elettrici è attualmente oggetto di un vivace dibattito internazionale per la definizione o, meglio, per i vari comprensibili ma non del tutto utili tentativi da parte delle varie nazioni e delle varie aziende di imporre al mercato i propri standard.

Conclusione parziale è che al momento sono definiti 3 tipi di connessione per la carica e 4 modi di carica per un totale teorico di quasi (devono essere cioè escluse le combinazioni non possibili) 3 x 4 ovvero dodici varianti sul tema senza contare i diversi tipi di connettori, prese e spine.

La corrente (e quindi la potenza) di carica è ovviamente inversamente proporzionale ai tempi di carica, ma da un punto di vista dell’impianto può rapidamente raggiungere valori abbastanza elevati di potenza da
erogare (Tabella 1).

TIPI DI CONNESSIONE

I tipi di connessione attualmente normati in ambito mondiale ed Europeo per la carica dei veicoli elettrici sono 3 in funzione del lato o dei lati dotati di connessione non fissa:

1. il veicolo elettrico è connesso al punto di carica utilizzando un cavo di alimentazione e una spina permanentemente fissati al veicolo stesso;
2. il veicolo elettrico è connesso al punto di carica utilizzando un cavo di alimentazione removibile provvisto di connettore mobile e spina per il collegamento alla presa di alimentazione in c.a.;
3. il veicolo elettrico è connesso al punto di carica utilizzando un cavo di alimentazione e un connettore mobile permanentemente fissati all’apparecchiatura di alimentazione.

Oltre alle ovvie ma importanti considerazioni di carattere pratico legate alla necessità di trasportare o meno il cavo di alimentazione, una differenza importante tra i vari tipi di connessione per la carica citati è il confine delle responsabilità (Figura 1).

MODALITÀ DI RICARICA

In totale, sono attualmente disponibili 4 modi di carica differenziati in funzione del regime (AC, CC), della corrente massima, del tipo di connettore, presa/spina, delle caratteristiche dell’eventuale comunicazione/controllo tra il veicolo e la stazione di carica.
Naturalmente ciascun modo di carica ha specifici vantaggi e svantaggi che saranno brevemente commenti nei paragrafi che seguono.

MODULO 1

Il Modo 1 di carica si riferisce al collegamento del veicolo elettrico alla rete di alimentazione AC utilizzando prese e spine normate fino a 16 A, ovvero ordinarie prese e spine per uso domestico (In Italia CEI 23-50) o industriale (CEI EN 60309-2) oppure prese e spine speciali ma comunque conformi ad una (qualsiasi) norma internazionale IEC. In questo momento, il Modo di carica 1 è, in un certo senso, l’opzione più immediata per la carica dei veicoli elettrici ma presenta potenziali problemi di sicurezza. Il funzionamento sicuro di un punto di carica di Modo 1 dipende infatti dalla presenza di adeguate protezioni dal lato impianto: protezione contro le sovraccorrenti, impianto di terra, protezione contro i contatti.

Anche se nelle situazioni impiantistiche più comuni in tutti i nuovi impianti elettrici nella maggior parte dei Paesi da alcuni anni le norme tecniche hanno reso obbligatori gli interruttori differenziali, non si può
negare che vi siano ancora molti vecchi impianti privi di protezioni differenziali per cui, almeno potenzialmente, potrebbe essere difficile per l’utente, all’atto del collegamento del proprio veicolo elettrico, sapere se l’impianto di alimentazione è adeguatamente protetto o meno.

Nei Paesi in cui è consentito, l’uso del modo 1 di carica potrebbe, per un certo periodo, rimanere la modalità di ricarica più diffusa per locali privati (compresi garage residenziali e parcheggi aziendali) grazie alla semplicità e al basso costo d’investimento. Con una corretta realizzazione e aggiornamento dell’impianto elettrico, il Modo 1 consente la ricarica in sicurezza. Il modo 1 di carica può essere paragonato ai sistemi elettrici di preriscaldo dei motori, che sono di uso comune nei paesi del nord Europa da molti anni senza aver manifestato alcun problema di sicurezza.

MODULO 2

Anche il Modo di carica 2 per il collegamento del veicolo elettrico alla rete di alimentazione prevede prese e spine conformi ad uno standard IEC (ordinarie o ad hoc) ma con corrente nominale fino a 32 A. E’
prevista una protezione supplementare garantita da un box di controllo collocato sul cavo tra il veicolo elettrico e la stazione di ricarica a meno di 30 cm dalla spina e contenente, oltre ai dispositivi per alcune funzioni di controllo, anche un differenziale da 30 mA.

L’introduzione del Modo di carica 2 è stata inizialmente pensata per gli Stati Uniti e considerato una soluzione transitoria in attesa dello sviluppo di infrastrutture dedicate.

Recentemente, tuttavia, il Modo 2 sembra aver destato un rinnovato interesse anche in Europa, nella prospettiva di sostituire il Modo 1 per la carica presso punti non dedicati.

Oltre agli ovvi svantaggi di avere un dispositivo di controllo posizionato sul cavo, lo svantaggio principale del Modo 2 è che il box di controllo protegge il cavo a valle e il veicolo, ma non la spina stessa, che in realtà risulta essere uno dei componenti più soggetti ad usura.

MODULO 3

Il Modo di carica 3 prevede il collegamento diretto del veicolo elettrico alla rete CA di alimentazione utilizzando apparecchiature di alimentazione dedicate. La norma internazionale CEI EN 61851-1 richiede un contatto pilota di controllo tra il sistema di alimentazione e il veicolo elettrico con le seguenti funzioni:

• inserimento dei connettori
• continuità del conduttore di protezione
• funzione di controllo attiva.

MODULO 4

Il modo di carica 4 è l’unico modo di carica che prevede il collegamento indiretto del veicolo elettrico alla rete CA di alimentazione utilizzando un convertitore esterno, e un conduttore pilota di controllo che si estende alle attrezzature permanentemente collegate alla rete. Con il modo di carica 4 il carica batterie non è più a bordo del veicolo ma nella stazione di carica.

SPINE, PRESE FISSE, CONNETTORI MOBILI E FISSI PER VEICOLI ELETTRICI

Attualmente sono normati (CEI EN 62196-2 “Spine, prese fisse, connettori mobili e fissi per veicoli – Carica conduttiva dei veicoli elettrici – Parte 2: Compatibilità dimensionale e requisiti di intercambiabilità di attacchi a spina e alveoli per corrente alternata”) 3 tipi principali di prese, spine e connettori specifici per la carica del veicolo elettrico in CA differenziati in funzione della corrente, della tensione nominale, del numero delle fasi e del numero dei contatti pilota, ovvero utilizzabili, con alcune restrizioni, per i modi di carica 3, 2 e 1 (Tabella 2).

 

62196-3, pubblicata a livello internazionale nel 2014 come IEC 62196-3 “Plugs, socket-outlets, vehicle connectors and vehicle inlets – Conductive charging of electric vehicles – Part 3: Dimensional compatibility and interchangeability requirements for d.c. and a.c./d.c. pin and contact-tube vehicle couplers” e recepita a livello nazionale nel 2016 come Norma CEI EN 62196-3 “Spine e prese per veicoli

elettrici – Carica conduttiva dei veicoli elettrici Parte 3: Prescrizioni dimensionali per compatibilità e intercambiabilità di apparecchi con alveoli e spinotti cilindrici per c.c. e c.a./c.c.”.

Queste norme identificano nel dettaglio quali connettore/presa, possono essere utilizzati per la ricarica dello stesso e quali prescrizioni devono essere rispettate per la loro costruzione.

PRESA TIPO 1

Idoneo sia alla ricarica in monofase, 32°, 230V (7,4 kW di potenza massima), dotato di 5 poli, di cui: 2 per i conduttori attivi, 1 per la messa a terra e 2 ausiliari per le funzioni di controllo. È utilizzato per la connessione del cavo al veicolo.

PRESA TIPO 2

Idoneo sia alla ricarica monofase a 230V che trifase a 400V, dotato di 7 poli, di cui: 3 per i conduttori attivi, 1 per la messa a terra, 1 neutro e 2 contatti pilota per le funzioni di controllo. Esso si presenta con cavo solidale ai dispositivi di ricarica a 43kW (63A e 400V), mentre nei dispositivi di ricarica a 22kW (32° e 400V) il connettore di tipo 2 è presente alle due estremità del cavo, per la connessione alla stazione da una parte ed al veicolo dall’altra. È lo standard scelto per l’Europa.

PRESA TIPO 3

Idoneo alla ricarica in monofase a 16A e trifase a 32A e utilizzato per la connessione del cavo alla stazione di ricarica e dispone di protezioni aggiuntive mediante shutter integrati.

INFRASTRUTTURE DI RICARICA PER VEICOLI ELETTRICI

Le infrastrutture da realizzare permetteranno la ricarica delle batterie installate a bordo delle auto. Le ricariche, in base a quanto riportato dal “Piano Nazionale per la Ricarica dei Veicoli Elettrici” saranno di tipo “Quick” con capacità di erogazione di energia a 22kW per ognuna delle due uscite. Le colonnine saranno in grado di fornire una ricarica assicurando una piena compatibilità con un vasto numero di veicoli elettrici presenti sul mercato.

Il Piano Nazionale individua le seguenti classi di infrastrutture di ricarica sulla base della capacità di erogazione dell’energia:

• Normal power (Slow charging) – fino a 3,7 kW
• Medium power (Quick charging) – da 3,7 fino a 22 kW
• High power (Fast charging) – superiore a 22 kW (ad oggi le sperimentazioni diffuse su scala nazionale sono quelle a 43 kW in corrente alternate e 50 kW in corrente continua)